【導讀】信號是將數據從一個(gè)系統或網(wǎng)絡(luò )傳輸到另一系統或網(wǎng)絡(luò )的電磁或電流。在電子設備中，信號通常是隨時(shí)間變化的電壓，也是攜帶信息的電磁波，當然也可以是電流等其他形式。電子設備中使用的信號主要有兩種類(lèi)型：模擬信號和數字信號。本文將討論模擬信號與數字信號的特性、用途、優(yōu)缺點(diǎn)以及典型應用。
模擬信號
模擬信號會(huì )隨時(shí)間變化，而且通常被限制在一個(gè)范圍內（例如+ 12V至-12V）。但在這個(gè)連續的范圍內，它會(huì )有無(wú)限多個(gè)值。模擬信號使用介質(zhì)的給定屬性來(lái)傳遞信號信息，例如通過(guò)電線(xiàn)來(lái)傳遞電。在電信號中，用信號的不同電壓、電流或頻率來(lái)表達信息。模擬信號通常用于反應光線(xiàn)、聲音、溫度、位置、壓力或其他物理現象的變化。
繪制電壓與時(shí)間的關(guān)系圖，我們會(huì )發(fā)現模擬信號會(huì )產(chǎn)生平滑而連續的曲線(xiàn)，不會(huì )產(chǎn)生任何離散變化（請參見(jiàn)圖1）。
圖1: 模擬信號
數字信號
數字信號則將數據表示為一連串離散的值。在給定時(shí)間內，數字信號只能從有限的一組可能值中選取一個(gè)值。采用數字信號，物理量表達的信息可能有很多種：
?可變電流或電壓
?電磁場(chǎng)的相位或極化
?聲壓
?磁存儲介質(zhì)的磁化
數字信號用于所有的數字電子設備中，包括計算設備和數據傳輸設備。在電壓與時(shí)間的關(guān)系圖中，數字信號通常為0或VCC（如1.8V、3.3V或5V））兩值之一（見(jiàn)圖2）。
模擬電子設備
大多數基本電子元件（電阻、電容、電感、二極管、晶體管和運算放大器）本質(zhì)上都是模擬組件。由這些元件組合而成的電路為模擬電路（參見(jiàn)圖3）。
圖3: 模擬電路
模擬電路可以是多個(gè)組件的復雜設計，也可以很簡(jiǎn)單，例如兩個(gè)電阻就可以構成一個(gè)分壓器。通常，與實(shí)現相同任務(wù)的數字電路相比，模擬電路的設計難度更大。
模擬電路通常更容易產(chǎn)生噪聲，無(wú)論“噪聲”有多小，都會(huì )對電壓產(chǎn)生影響。而電壓水平的微小變化在后續處理中都會(huì )產(chǎn)生明顯的誤差。
模擬信號常用于使用連續信號傳遞語(yǔ)音、數據、圖像、信號或視頻信息的通信系統中。根據如何適應數據以將輸入信號與載波信號組合在一起的技術(shù)，模擬傳輸分為兩種基本類(lèi)型：幅度調制（AM）和頻率調制（FM）。 幅度調制調整載波信號的幅度；頻率調制調整載波信號的頻率。模擬傳輸的實(shí)現方式有很多種：
1.通過(guò)雙絞線(xiàn)或同軸電纜
2.通過(guò)光纜
3.通過(guò)無(wú)線(xiàn)電
4.通過(guò)水
就像人體使用眼睛和耳朵來(lái)捕捉感官信息一樣，模擬電路也使用這些方法與現實(shí)世界進(jìn)行交互，并以電子方式準確地捕捉和處理這些信號。
MPS提供了多種模擬IC和組件，例如采用超小尺寸1.5mmx2mm QFN封裝的低靜態(tài)電流同步降壓變換器MP2322。
數字電子設備
數字電路可以實(shí)現邏輯門(mén)或更復雜的數字集成電路。這類(lèi)集成電路在電路圖中表示為帶延伸引腳的矩形（請參見(jiàn)圖4）。
圖4: 數字電路
數字電路通常采用二進(jìn)制方案。所有數據值僅由兩個(gè)狀態(tài)（0和1）來(lái)表示，較大的數值可以由二進(jìn)制比特組來(lái)表示。例如，在1比特系統中，0表示數據值0，而1表示數據值1；但在2比特系統中，00表示0，01表示1，10表示2，11表示3；在16比特系統中可以表示的最大數字為216，即65,536。這些比特組可以被捕獲為一連串的連續比特位或一條并行總線(xiàn)，從而輕松處理大量數據流。
與模擬電路不同，最有用的數字電路是同步的，這意味著(zhù)它需要一個(gè)參考時(shí)鐘來(lái)協(xié)調多個(gè)電路模塊的操作，也因此，電路模塊是以可預測的方式運行的。模擬電子設備則為異步運行，這意味著(zhù)它們會(huì )在信號到達輸入時(shí)再對其進(jìn)行處理。
大多數數字電路使用數字處理器來(lái)處理數據。數字處理器可以是簡(jiǎn)單的微控制器（MCU）或更加復雜的數字信號處理器（DSP）。DSP可以濾波和處理大數據流，例如視頻。
數字信號在通信系統中很常見(jiàn)。在通信系統中，數字信號通過(guò)點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸通道（例如銅線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)通信介質(zhì)、存儲介質(zhì)或計算機總線(xiàn)）來(lái)傳輸數據。傳輸的數據被表示為電磁信號，如微波、無(wú)線(xiàn)電波、電壓或紅外信號。
通常情況下，數字電路更易于設計，但與實(shí)現相同任務(wù)的模擬電路相比，其成本也更高。
MPS提供的數字設備包括MP2886A，這是一款數字多相PWM控制器，其PWM-VID接口與英偉達Open VReg規范兼容。
模數（ADC）和數模（DAC）信號轉換
很多系統都必須同時(shí)處理模擬信號和數字信號。在通信系統中使用模擬信號很常見(jiàn)，模擬信號充當著(zhù)傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收信息的接口。這些模擬信號被轉換為數字信號，以對信息進(jìn)行濾波、處理和存儲。
圖5顯示了通信系統的通用架構，其中RF模擬前端（AFE）全部由模擬模塊組成，用來(lái)放大、濾波和增益模擬信號。而數字信號處理器（DSP）負責信息的濾波和處理。為了將信號從模擬子系統轉換為接收路徑（RX）中的數字子系統，這里用到了一個(gè)模數轉換器（ADC）；而將信號從數字子系統轉換為傳輸路徑（TX）中的模擬子系統，又用到了數模轉換器（DAC）。
圖5: 模擬子系統和數字子系統組成的通信系統
數字信號處理器（DSP）是專(zhuān)門(mén)用于執行數字信號處理操作的微處理器芯片。它采用MOSFET集成電路芯片制成，廣泛應用于音頻信號處理、電信、數字圖像處理、高清電視產(chǎn)品、移動(dòng)電話(huà)等常見(jiàn)的消費電子設備，以及很多其他重要的應用。
DSP用于測量、濾波或壓縮真實(shí)的連續模擬信號。專(zhuān)用DSP通常具有較高的功率效率，因此非常適合功耗要求苛刻的便攜式設備。大多數通用微處理器都能夠執行數字信號處理算法。
ADC操作
模數轉換（ADC）的過(guò)程如圖6所示。其輸入為模擬信號，通過(guò)采樣保持（S / H）電路對其進(jìn)行處理，創(chuàng )建該信號的近似數字表示。信號幅度不再是無(wú)限值，而是根據ADC分辨率“量化”而成的離散值。具有較高分辨率的ADC將具有更精細的步長(cháng)，并且能更準確地表達輸入模擬信號。ADC的最后一級將數字化信號編碼為代表模擬信號幅度的二進(jìn)制比特流?，F在，數字輸出就可以在數字域中進(jìn)行處理了。
圖6: 完成模擬-數字信號轉換的ADC典型結構
DAC操作
DAC提供反向操作。DAC的輸入是來(lái)自數字子系統的二進(jìn)制數據流，它輸出的離散值可近似為模擬信號。DAC分辨率越高，輸出信號也會(huì )更加接近真實(shí)的、平滑連續的模擬信號（見(jiàn)圖7）。在模擬信號鏈中通常還有一個(gè)后置濾波器，用于進(jìn)一步平滑波形。
圖7: 完成數字-模擬信號轉換的6位DAC
如上所述，當前的很多系統都使用“混合信號”，這意味著(zhù)它們同時(shí)依賴(lài)模擬子系統和數字子系統。這些解決方案將需要ADC和DAC來(lái)完成兩個(gè)域之間的信息轉換。
數字信號與模擬信號的優(yōu)缺點(diǎn)
與大多數工程話(huà)題一樣，模擬信號和數字信號也各有利弊。特定應用、性能要求、傳輸介質(zhì)和操作環(huán)境決定了應采用模擬信令還是數字信令，或二者都用。
數字信號的優(yōu)缺點(diǎn)
使用數字信號（包括數字信號處理DSP和通信系統）的優(yōu)勢如下：
?數字信號能夠以更小的噪聲、失真和干擾傳遞信息。
?數字電路能夠以較低成本更容易地大量復制。
?數字信號處理更加靈活，因為通過(guò)數字可編程系統可以改動(dòng)DSP的操作。
?數字信號處理更加安全，因為數字信息可以被輕松加密和壓縮。
?數字系統更加精確，而且通過(guò)錯誤檢測和校正代碼可以降低錯誤發(fā)生的幾率。
?數字信號可以通過(guò)半導體芯片輕松存儲在任何磁性介質(zhì)或光學(xué)介質(zhì)上。
?數字信號可以遠距離傳輸。
使用數字信號（包括數字信號處理DSP和通信系統）的缺點(diǎn)如下：
?與傳輸相同信息的模擬通信相比，數字通信需要更高的帶寬。
?DSP以更高速率處理信號，而且包含更多上層內部硬件資源，這將導致更高的功耗；而模擬信號處理因為包含消耗更少能量的無(wú)源組件，所以功耗相對較低。
?數字系統和處理通常更為復雜。
模擬信號的優(yōu)缺點(diǎn)
使用模擬信號（包括模擬信號處理ASP和通信系統）的優(yōu)勢如下所述：
?模擬信號更易于處理。
?模擬信號最適合音頻和視頻傳輸。
?模擬信號具有更高的密度，并且可以提供更精細的信息。
?模擬信號需要的帶寬比數字信號少。
?模擬信號可以更準確地表達物理現象的變化，例如聲音、光線(xiàn)、溫度、位置或壓力。
?模擬通信系統的電氣容差敏感度較低。
使用模擬信號（包括模擬信號處理ASP和通信系統）的缺點(diǎn)如下：
?長(cháng)距離數據傳輸時(shí)可能會(huì )產(chǎn)生意外信號干擾。
?模擬信號易產(chǎn)生損耗。
?與抗擾性較高的數字信號相比，模擬信號更易受噪聲和失真的影響。
?相比數字信號，模擬信號的信號質(zhì)量較低。
模擬信號和數字信號的系統與應用
傳統的音頻和通信系統均使用模擬信號。但是，除了帶寬效率不斷提高，芯片工藝技術(shù)、數字信號處理能力、編碼算法和加密要求也不斷進(jìn)步，傳統音頻和通信系統也開(kāi)始數字化。在很多應用中，模擬信號仍具有傳統的用途或優(yōu)勢。與現實(shí)信號（例如聲音、光、溫度和壓力）有關(guān)聯(lián)的大多數系統都使用模擬接口來(lái)捕獲或傳輸信息。下面列出了部分模擬信號應用：
?錄音和復制
?溫度傳感器
?圖像傳感器
?無(wú)線(xiàn)電信號
?電話(huà)
?控制系統
MPS提供了廣泛的模擬器件組合，包括MP2322, MP8714, MP2145,和MP8712.
盡管許多原始的通信系統仍使用模擬信號（如電話(huà)），但因為數字信號所具有的抗噪性、加密能力、帶寬效率以及利用中繼器實(shí)現長(cháng)距離傳輸的能力，最新的技術(shù)都采用了數字信號。下面列出了一些數字信號應用：
?通信系統（寬帶、蜂窩）
?網(wǎng)絡(luò )和數據通信
?用于實(shí)現可編程性的數字接口
要了解MPS數字器件的更多信息，請訪(fǎng)問(wèn) MP2886A, MP8847, MP8868, MP8869S, and MP5416，
結論
本文介紹了模擬信號和數字信號的一些基本概念，以及它們在電子設備中的用途。顯然，每種技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，了解應用需求和性能需求將幫助您做出最佳選擇。
來(lái)源：MPS
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